石化生产过程多分辨率物流模型的建模方法

论文摘要

流程工业企业的综合自动化对企业模型提出了多层次的需求,传统的企业建模方法难以满足企业层次化管理和优化控制的要求。现有的多分辨率建模方法存在模型形式化、模型校验、建模成木及一致性映射等问题,在对多分辨率模型需求分析、理论及应用研究现状进行系统评述的基础上,本文对多分辨率层次模型的形式化表达方法和建模方法进行了深入的研究,解决了层次化描述模型和分析模型的集成建模问题。主要研究内容如下:第一,在理论层面上,传统多分辨率建模方法不适用于企业建模,本文针对企业建模中描述模型和分析模型集成建模的需求,研究了系统属性的分类定义问题,提出了一种基于多节点结构模型的多分辨率层次模型形式化描述方法。多分辨率模型校验是有效建模的保证,至今尚无明显进展。本文建立了一套多分辨率层次模型的评价指标体系,包括模型一致性、完备性、正确性及可观测性等指标。第二,在建模方法上,研究了不同分辨率层次模型中实体对象及其结构关联关系,解决了复杂系统多节点分布式结构建模问题。提出了两种分别适合于模型重用和高效建模的多分辨率层次模型建模策略;利用建模成木和状态可观测性概念,提出一种层次模型最大可观测度优化建模算法。第三,在工程应用上,通过研究石化企业集成管理和控制对物流建模的层次化需求,提出了多分辨率层次化物流模型建模框架和形式化描述方法,分析了层次物流模型重用式建模策略和效率优先建模策略。提出了一种将层次物流形式化模型转化为物流拓扑图的方法:提出了一种物流拓扑图关联矩阵空间聚集映射算法,实现了物流模型的同态、同构一致映射。物流模型在石化MES软件和智能工厂实验系统设计和实施中得到实际应用,实现了层次模型的一致性在线验证,取得了满意的应用效果。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 表格
• 插图
• 符号表
• 缩略语表
• 目录
• 第一章 多分辨率建模技术研究概况
• 1.1 引言
• 1.2 多分辨率层次模型的基本概念
• 1.2.1 模型分类
• 1.2.2 模型分辨率的定义
• 1.2.3 建模过程
• 1.3 多分辨率层次建模理论的研究现状
• 1.3.1 多分辨率模型统一的形式化表达方法
• 1.3.2 全流程多分辨率层次化模型高效建模方法
• 1.3.3 多分辨率模型的验证及性能评估
• 1.4 论文的研究内容、组织结构和主要创新点
• 1.4.1 论文研究的主要问题
• 1.4.2 论文的具体研究内容及组织结构
• 1.4.3 论文的主要创新点
• 1.5 结论
• 第二章 系统模型的形式化描述
• 2.1 模型形式化的基本方法
• 2.1.1 系统模型的形式化表达
• 2.1.2 系统模型特性的若干术语
• 2.1.3 模型形式化的建模实例
• 2.1.4 系统模型的离散事件形式化表达
• 2.2 多节点结构模型的形式化
• 2.2.1 有向图结构模型
• 2.2.2 分布式结构模型的有向图描述
• 2.2.3 多节点结构模型形式化
• 2.3 MNSM的时间基
• 2.3.1 模型生命周期时间基
• 2.3.2 连续动态模型的时间基
• 2.3.3 离散动态模型的时间基
• 2.3.4 模型管控周期与时间基的关系
• 2.4 本章小结
• 第三章 多分辨率层次模型的形式化
• 3.1 模型分辨率
• 3.2 多分辨率建模的方法
• 3.2.1 离散事件仿真系统建模工具DEVS
• 3.2.2 支持并发表示的多分辨率模型形式化表达
• 3.3 多分辨率层次结构模型
• 3.3.1 企业模型的多分辨率层次化需求
• 3.3.2 多分辨率层次模型框架
• 3.3.3 多分辨率层次模型形式化表达
• 3.3.4 多分辨率层次模型的映射
• 3.4 各种形式化模型的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 多分辨率层次模型的评价指标
• 4.1 引言
• 4.2 多分辨率层次模型的一致性
• 4.2.1 多分辨率层次模型I/O一致
• 4.2.2 多分辨率层次模型状态一致
• 4.2.3 多分辨率层次模型结构一致
• 4.2.4 多分辨率层次模型描述一致
• 4.3 多分辨率层次模型的准确性
• 4.3.1 传统模型的准确性
• 4.3.2 多分辨率层次模型的准确度
• 4.4 多分辨率层次模型完备性
• 4.4.1 复杂系统模型的信息需求
• 4.4.2 模型静态属性的完备性
• 4.4.3 单层次模型状态可观测性
• 4.4.4 多层次模型状态可观测性
• 4.5 本章小结
• 第五章 物流层次模型架构和建模方法
• 5.1 引言
• 5.2 炼油生产物流过程和建模需求
• 5.2.1 炼油生产物流过程
• 5.2.2 物流模型层次需求分析
• 5.3 层次物流模型架构及形式化描述
• 5.4 炼厂物流模型的建模策略
• 5.4.1 现有层次建模方法特点
• 5.4.2 需求扩展建模法
• 5.4.3 中间层优先建模方法
• 5.4.4 最大可观测度建模法
• 5.5 本章小结
• 第六章 多分辨率物流模型建模实例
• 6.1 引言
• 6.2 设备层物流模型
• 6.2.1 容积设备模型
• 6.2.2 生产设备物流模型
• 6.2.3 管道设备物流模型
• 6.2.4 设备层物流节点的关联
• 6.3 生产计划统计层物流模型
• 6.4 调度层物流模型
• 6.5 层次模型的一致化映射
• 6.5.1 模型的时间聚集
• 6.5.2 层次模型的空间映射
• 6.5.3 层次物流拓扑图的一致聚集
• 6.5.4 层次物流模型一致化映射小结
• 6.6 层次物流模型在MES中的应用实现和验证
• 6.6.1 MES对多层次物流模型的需求
• 6.6.2 石化MES工厂模型的设计和实现
• 6.6.3 石化MES层次物流模型的测试和评价
• 6.6.4 多层次物流模型的在线验证
• 6.7 本章小结
• 第七章 多分辨率层次物流模型的应用
• 7.1 前言
• 7.1.1 智能工厂的基本概念
• 7.1.2 石化企业智能工厂实验室系统
• 7.1.3 智能工厂实验系统的应用
• 7.2 智能工厂实验系统对企业模型的需求
• 7.3 多分辨率层次物流模型的重用
• 7.3.1 多分辨率层次物流模型重用的关键技术
• 7.3.2 基于多分辨率层次物流模型的计划调度优化模型
• 7.4 结论
• 第八章 结论及展望
• 8.1 研究工作的总结
• 8.2 多分辨率层次建模研究展望
• 参考文献
• 附录1 节点定义说明
• 附录2 储罐定义说明
• 附录3 方案一物流移动定义说明
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果